Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất bio ethanol từ nguyên liệu sắn lát khô và tính toán, kiểm tra và đánh giá tháp cất tinh trong công nghệ của nhà máy ethanol bình phước

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
LỜI MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề:
Như chúng ta đã biết dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60-80% nguồn
năng lượng của thế giới .Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện
có,nguồn năng lượng này sẽ nhanh chống cạn kiệt trong vòng 40-50 năm nữa .Bên
cạnh đó giá xăng dầu hiện nay đang biến chuyển phức tạp do nhu cầu dầu thô ngày
càng lớn và những bất ổn tại những nước sản xuất dầu mỏ.Hơn nữa sản phẩm của
nguyên liệu này đã và đang gây ôi nhiễm môi trường trên toàn thế giới như gây hiệu
ứng nhà kính, thủng tầng ozon làm trái đất nóng dần lên ,các khí thải như H2S,Sox…
làm mưa axit.Để đối phó với tình hình đó con người đã tìm ra các nguồn năng lượng
mới thay thế như;năng lượng mặt trời ,năng lượng gió ,năng lượng nước,nhiên liệu
sinh học… Trong số các nguồn năng lượng mới thay thế thì nhiên liệu sinh học được
thế giới quan tâm nhất là các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu Do các lợi ích
của nó như :Công nghệ sản xuất không quá phức tạp ,tận dụng nguồn nguyên liệu tại
chỗ,tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp.Các loại nguyên liệu sinh học diesel sinh học
,ethanol sinh học ,biogas…
Bio-Ethanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất ,chiếm trên 90% tổng các
nhiên liệu sinh học đang sử dụng ,với nồng độ cồn trên 99,5%,có trị số octan cao
không gây ô nhiễm môi trường được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu chủ yếu là
tinh bột(sắn, ngô, khoai ) ,rỉ đường ,nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ,mùn, cưa cây
cỏ …) của nông nghiệp .Ethanol cũng là một nhiên liệu tiềm năng có thể được sử
dụng như năng lượng thay thế hay thay thế một phần (pha trộn với xăng thành
E5,E10…)để giảm sự phát thải khí nhà kính đang được nhiều quốc gia quan tâm
nghiên cứu và khuyến khích sử dụ
Hơn nữa ,nước ta là một nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất
ethanol là rất phong phú, Nguồn nguyên liệu rất phong phú, phương pháp tồn tại ở
Việt Nam từ rất lâu và đã được tính toán, nghiên cứu rất chi tiết,hiệu suất quá trình
cao, giảm giá thành sản phẩm .Với điều kiện thực tế Việt Nam trong thời điểm hiện tại
đó thì phương pháp đi từ nguồn nguyên liệu chứa tinh bột (đặc biệt là sắn).Hiện nay
nước ta đã và đang xây dựng nhiều nhà máy sản xuất ethanol với nguồn nguyên liệu

chủ yếu là tinh bột (đặc biệt là sắn)
Bình Phước là tỉnh có nghề trồng sắn lâu đời, sản lượng sắn đứng thứ 3 toàn
quốc sau Tây Ninh và Gia Lai. Diện tích bán ngập thuộc lòng hồ Thác Mơ và vùng
vành đai quanh hồ (8 xã thuộc 2 huyện Phước Long và Bù Đăng) là nguồn cung cấp
1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
sắn trực tiếp, dự kiến chiếm khoảng 20% nhu cầu của nhà máy trong năm đầu tiên
hoạt động và sẽ tăng lên khi được đầu tư. Bình Phước có đường biên giới chung với
tỉnh Bou Doul Gri, Karache, và Kong Pong Cham qua các cửa khẩu Hoàng Diệu
Huyện Bù Đốp , Hoa Lư (Huyện Lộc Ninh), và Tavat (Huyện Lộc Ninh). Hàng năm,
hàng trăm ngàn tấn sắn lát khô được nhập khẩu vào Việt Nam qua các cửa khẩu biên
giới này.Bình Phước nằm trong vùng kinh tế động lực Đông Nam Bộ, có hệ thống
giao thông khá hoàn chỉnh và môi trường đầu tư năng động. Các sản phẩm của Nhà
máy (ethanol, CO
2
, nguyên liệu cho sản xuất thức ăn chăn nuôi và phân vi sinh) có thị
trường kề cận là các tỉnh có nền công nghiệp phát triển mạnh nhất bao gồm Bình
Dương, Đồng Nai và Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu và phát triển nguồn
nguyên liệu cây sắn theo hướng sử dụng đất nghèo dinh dưỡng, đất khó khăn là việc
làm có hiệu quả cao của tỉnh Bình Phước (Hoàng Kim và Trần Công Khanh, 2005),
đây là hướng hỗ trợ chính cho việc thực hiện Đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học
đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025” đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại
quyết định số 177/2007/ QĐ-TT ngày 20 tháng 11 năm 2007, Khởi công xây dựng
nhà máy sản xuất Bio-Ethanol Bình Phước vào Tháng 3/2010
Với lý do trên em chọn đề tài :Tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất Bio-
Ethanol từ nguyên liệu sắn lát khô và tính toán ,kiểm tra và đánh giá tháp cất tinh
trong công nghệ của nhà máy Ethanol Bình Phước
II. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đề tài này cung cấp cho ta nhiều kiến thức về nhiên liệu Ethanol
sinh học, quy trình công nghệ sản xuất Ethanol tiên tiến cho hiệu suất sản phẩm cao

nhất .Dựa trên Dựa trên việc tính toán một thiết bị chính ta đưa ra được đánh giá sơ bộ
điều kiện và chế độ hoạt động của một dây chuyền công nghệ phù hợp .Ngoài ra ta
còn đề xuất xu hướng phát triễn mở rộng diện tích trồng sắn làm nguồn nguyên liệu
chính sản xuất Ethanol.
III. Nhiệm vụ:
Tìm hiểu tổng quan về nhiên liệu Bio-Ethanol ,nguồn nguyên liệu và công
nghệ sản xuất ethanol của nhà máy .Tính toán ,kiểm tra đanh giá sơ bộ về điều kiện và
công suất làm việc của tháp chưng cất trong sơ đồ công nghệ của nhà máy .Ngoài ra
còn tìm hiểu thêm một số dây chuyền công nghệ và nguồn nguyên liệu sản xuất
Ethanol trên thế giới và Việt Nam hiện nay
2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I. Vài nét về lịch sử ,sử dụng nhiên liệu ethanol
Thời gian đầu ethanol được dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung
môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong được
ứng dụng ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil…
Ethanol là cấu tử phối trộn làm tăng chỉ số octane của xăng:
Để tăng công suất của động cơ, ta phải tăng chỉ số nén. Khi tăng chỉ số nén ta
cần phải tăng chỉ số octane của xăng để tránh hiện tượng cháy kích nổ của nhiên liệu.
Trước đây để tăng chỉ số octane, người ta thường dùng Tetra etyl chì nhưng hiện nay
nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gây
ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng nhóm phụ gia là hợp chất
hữu cơ chứa oxy như: metyl ter butyl ete (MTBE), etyl ter butyl ete (ETBE),
methanol, ethanol, khi pha xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm xăng cháy tốt
hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm.
Ngày nay có thể thấy ethanol hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol đựơc dùng 2 dạng
cụ thể sau:

Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không cần
thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ không hề thay
đổi [1]
Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ đốt
trong có cải tiến. Dùng xe FFV (Flex-Fuel Vehicles- ô-tô nhiên liệu linh hoạt). Xe
FFV có thể tự động nhận biết hàm lượng cồn trong bình nhiên liệu để tự điều chỉnh
góc đánh lửa sớm và thay đổi lượng phun nhiên liệu. Dùng xe FFV có tính kinh tế
nhiên liệu cao hơn các xe không FFV, vì xe đã được thiết kế tối ưu về vật liệu, về kết
cấu buồng cháy và hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu E85 (có 85% ethanol trong xăng) là
loại nhiên liệu tốt nhất cho xe FFV. Riêng trong năm 2000 Mỹ đã sản xuất 750.000
chiếc FFV. Hiện nay Mỹ có khoảng 5 triệu xe FFV cùng với 169.000 trạm bán lẻ
E85. Hãng GM trong năm 2005 đã cho ra đời hàng loạt mác xe chạy bằng nhiên liệu
E85 như xe Chevrolet Avalanche, Suburban và GMC Yukon XL, Chevrolet Silverado
và GMC, Chevrolet Tahoe cho cảnh sát, đến năm 2012 cho ra đời loại xe Hummer
3
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Các nước khác cũng có xe FFV như BMW E85 Z4 3.0 của Đức. Xe FFV hiệu
Falcon và Taurus của Mỹ tại châu Âu [1].
II. Ethanol sinh học
II.1. Tính chất lý hóa học của ethanol
II.1.1. Tính chất lý học
Ethanol hay Rượi etylic là một chất lỏng ,không màu ,mùi thơm dễ chịu ,vị cay ,nhẹ
hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml,ở 15
o
C.sôi ở nhiệt độ 78,39
o
C ,hóa rắn ở
-114,15
o
C ,tan trong nước vô hạn.Độ nhớt của ethanol là 1,200 cP ở 20

o
C
II.1.2. Tính chất hóa học
Ethanol là rượi no ,đơn chức ,có công thức C
2
H
5
OH.Ethanol mang đầy đủ tính chất
của một rượi đơn chức như phản ứng thế với kim loại kiềm ,phản ứng ết hóa ,phản
ứng loại nước hay phản ứng tách nước ,phản ứng oxi hóa thành andehyt,axit hay CO
2
tùy theo điều kiện phản ứng.Ngoài ra ethanol còn có một số phản ứng riêng như sau:
Phản ứng tọa butadien -1,3:cho hơi rượi đi qua xúc tác hỗn hợp ,ví dụ Cu +AL
2
O
3
ở
380-400
o
C ,lúc đó xảy ra phản ứng tách nước :
2C
2
H
5
OH CH
2
=CH-CH
2
=CH +2H
2

O +H
2
Phản ứng lên men giấm :oxi hóa rượi etylic 10 độ bằng không khí có mặt men giấm ở
nhiệt độ khoảng 25
o
C
CH
3
-CH
2
-OH +O
2
CH
3
-COOH +H
2
O
III.Lợi ích và hạn chế sử dụng Bio-Ethanol nhiên liệu
III.1.Lợi ích
Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làm tăng chỉ
số octane của xăng , thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trường sinh thái ,
mà còn đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn năng lượng có
khả năng tái tạo được (Energie renouvelable)
III.1.1. Lợi ích về kinh tế.
Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển
vì ethanol được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học. Nguyên liệu sản xuất
ethanol là tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây là
nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên.Tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao
động ở nông thôn, giải quyết được lượng lương thực bị tù đọng và đặc biệt khuyến
khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân.

Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói
riêng giúp cho các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước
nào càng có nhiều xăng sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó có thể
phát triển nền kinh tế của mình một cách bền vững.
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
III.1.2. Lợi ích về môi trường.
Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính. Vì
vậy nó được mệnh danh là “xăng xanh”. Theo các tính toán cho thấy: nếu thay thế
việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol (từ ngũ cốc) sẽ giảm 40% và giảm tới 100%
(từ cellulose và mía) lượng phát sinh khí CO
2
vào khí quyển giúp môi trường được
xanh, sạch hơn. Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toàn hơn so với khi đốt xăng. Ta
thường thấy trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụi bẩn chính là do các
hydrocacbon cháy không hết. Điều đó phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động cơ.
Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải các khí
gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, ethanol được điều chế từ sản phẩm nông nghiệp sẽ
làm tăng diện tích đất trồng cây. Điều này có nghĩa làm tăng diện tích lá phổi của trái
đất lên [2].
III.1.3. Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu ethanol.
Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó. Ethanol có khả
năng hút ẩm và hoà tan vô hạn trong nước. Do đó gasohol phải được tồn trữ và bảo
quản trong hệ thống bồn chứa đặt biệt.
Về hiện tượng gây ô nhiễm: tuy giảm các hàm luợng các chất gây ô nhiễm như
HC,CO nhưng lại gây ra một số hợp phần khác như các andehyt, NO
x
cũng là những
chất gây ô nhiễm [1].
Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCI

ethanol
=26,8 MJ/kg) và các loại ancol khác
nói chung đều thấp hơn so với xăng (PCI
xăng
=42,5 MJ/kg) nên khi dùng ethanol để
pha trộn vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng. Tuy nhiên sự
giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít [3].
Tóm lại, việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặt hạn
chế. Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt lợi và hại người ta vẫn thấy mặt
lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn.
5
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
IV. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol hiện nay trên thế giới
IV.1. Sản xuất và sử dụng etanol sinh học trên thế giới
Hiện nay có khoảng 50 nước trên thế giới khai thác và sử dụng NLSH ở các mức
độ khác nh
a
u. NLSH được dùng làm nhiêu liệu cho ngành giao thông bao
gồm: Dầu thực vật sạch, etanol, diesel s
i
nh học, dimetyl ether (DME), ethyl
tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng. Năm 2006,
t
o
à
n
t
h
ế
giới đã sản xuất kho

ả
ng 50 tỷ lít etanol (75% dùng làm nhiên liệu) so với
năm 2003 là 38 tỷ lít, dự kiến n
ă
m 2012 là khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản
xuất 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), n
ă
m 2010 sẽ tăng lên khoảng trên 20
triệu tấn. Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít etanol, chiếm 1/3 sản xuất toàn
cầu. N
ă
m 2006, Brazil đã có trên 325 nhà máy etanol, và khoảng 60 nhà máy
khác đang xây cất, để sản xuất x
ă
ng etanol từ mía (đường, nước mật, bả mía),
và bắp; đã sản xuất 17,8 tỷ lít etanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ
lít
v
à
o năm 2013.
Hiện tại, diện tích trồng mía ở Brazil là 10,3 triệu ha, một nửa sản lượng
mía dùng sản xu
ất
xăng-etanol, nửa kia dùng sản xuất đường. Dự đoán là Brazil sẽ
trồng 30 triệu ha mía vào năm 2020. Vì
lợi
nhuận khổng lồ, các công ty tiếp
tục phá rừng Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu s
ả
n xuất

xăng sinh họcvừa tiêu thụ trong nước vừa xuất khẩu. Giá xăng etanol được bán
bằng nửa giá x
ă
ng thường
tại Brazil
Hoa kỳ sản xuất Etanol chủ yếu từ hạt bắp, hạt cao lương và thân cây cao
lương ngọt, và
c
ủ cải-đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa
Kỳ dùng để sản xuất etanol. Hoa Kỳ đ
ặt
chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp 46%
nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% vào 2012. Hãng G
e
n
e
r
al
Motor đang
thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu
xe h
ơi

c
h
ạ
y bằng E85. Hảng Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng etanol.
Hiện tại nông dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng sinh học,
vì vậy số lượng xuất khẩu hạt ngũ cốc giảm
từ

nh
iề
u năm nay, làm giá nông sản thế
giới gia tăng Vì giá cả xăng sinh học còn cao hơn xăng thường,
c
h
í
nh phủ Mỹ phải
trợ cấp, khoảng 1,9 USD cho mỗi gallon (=3,78 lít) xăng sinh học, trợ cấp tổng
cộng khoảng 7 tỷ USD
/
n
ă
m.
Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất xăng sinh học trong cộng đồng EU, trong đó
có khoảng 0,48
t
r
iệ
u tấn etanol. Nguyên liệu chính sản xuất etanol là củ cải đ
ườ
ng.
Pháp là nước thứ hai tiêu thụ nhiều etanol sinh học trong cộng đồng Âu châu
với mức khoảng 1,07 triệu tấn etanol và diesel sinh học năm 2006. Công ty
Diester sản xuất diesel sinh học và Téréos sản xu
ất
etanol là 2 đại công ty của Ph
á
p.
6

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Thuỵ Điển có chương trình chấm dứt hoàn toàn nhập khẩu xăng cho xe hơi
vào năm 2020,
t
h
a
y v
à
o đó là tự túc bằng xăng sinh học. Hiện nay, 20% xe ở
Thuỵ Điển chạy bằng xăng sinh học, nhất
là
xăng etanol. Thuỵ Điển đang chế tạo
xe hơi vừa có khả năng chạy bằng etanol vừa có khả năng chạy b
ằ
ng điện. Để
khuyến khích sử dụng xăng sinh học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế xăng
sinh học, và
t
r
ợ
cấp xăng sinh học rẻ hơn 20% so với xăng thông thường, không
phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số
t
h
à
nh phố lớn, bảo hiểm xe cũng rẻ h
ơ
n.
Vương quốc Anh đặt chỉ tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng sinh học n
ă

m
2010. Hiện tại các xe bus đều chạy xăng sinh học. Hãng hàng không Virgin (Anh
quố
c
) bắt đầu sử dụng xăng sinh học cho máy bay liên lục đ
ịa
.
Trung quốc đã sản xuất 920.000 tấn etanol. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu
tấn etanol vào n
ă
m 2010, và 300 triệu tấn etanol vào 2020. Hiện nay Trung quốc
chỉ
c
ho phép trồng sắn, lúa miến ngọt và một số hoa màu không quan trọng
khác trên các loại đất nghèo d
i
nh dưỡng, không thích ứng sản xuất nông nghiệp
như ởShangdong và Xinjiang Uygur.
Ở Ấn Độ, Chính phủ đã có chính sách sử dụng xăng etanol E5 hiện nay, và
E10 và E20
t
rong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu lai để
sản xuất diesel sinh học, và diện tích m
ía
cho sản xuất xăng
eta
no
l
.
Thái Lan bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng sinh học từ năm 1985. Năm

2001, Thái Lan thành
lậ
p Uỷ ban NLSH để điều hành và phát triển nghiên cứu
NLSH. Xăng E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng
từ
2003.
Sử dụng etanol sinh học: etanol sinh học chủ yếu được nghiên cứu sử dụng
làm nhiên liệu [28]
:
Etanol có thể làm phụ gia cấp oxy cho xăng (nồng độ 3%) giảm phát thải
khí CO đồng thời
là
m phụ gia thay thế chì tetraetyl, hoặc cũng có thể thành
nguyên liệu sản xuất etylterbutyleter (ETBE)- mộ
t
phụ gia cho xăng. Etanol còn
được dùng làm yếu tố tăng chỉ số octan cho xăng và qua đó giảm nổ và cải
t
h
iệ
n
tiếng ồn động
cơ
.
Chỉ số octan ở etanol cao nên rất thích hợp với hệ đánh lửa động cơ đốt
trong của ô tô, song
c
h
ỉ
số xetan thấp nên không thích hợp lắm với động cơ diezel.

Giải pháp kỹ thuật đối với điều này là người
ta
s
ẽ
đưa vào nhiên liệu một lượng
nhỏ dầu diezel hoặc là sử dụng phụ g
ia
.
7
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Bảng 1.1: So sánh một số chỉ tiêu giữa etanol, xăng và
ETBE
TT
Đặc tính nhiên
liệ
u
E
tano
l ETBE
Xăng(Quy
ước
)
1 Công thức hóa họ
c C
2
H
5
OH
C
4

H
9
OC
2
H
5
C
8
H
15
2 Khối lượng phân tử (kg
/
kmo
l
) 46 102 111
3 Chỉ số octan (
R
ON) 109 118 97
4 Chỉ số octan (MON) 92 105 86
5 Chỉ số x
eta
n 11 - 8
6 Áp lực bay hơi Reid là chỉ số đo độ
bay hơi của nhiên liệu (kPa ) ở 15
0
C
16,5 28 0
Chỉ số octan của etanol cao hơn xăng nên có tác dụng giảm tiếng ồn động
cơ tốt hơn, hơn n
ữa

eta
no
l
chứa oxy nên hiệu quả nhiên liệu ở động cơ được cải
thiện hơn. Pha trộn với tỉ lệ hợp lý g
iữa

eta
no
l
và xăng sẽ làm tăng hiệu quả động
cơ xe. Các loại xe chạy nhiên liệu xăng pha etanol được gọi
là
xe chạy nhiên
liệu gasohol. Thông thường gasohol có tỉ lệ pha trộn 10% etanol 90% xăng không
pha
c
h
ì
(E10). Nếu xe được cải thiện bộ phận đánh lửa ở động cơ, có thể chạy
với nhiên liệu gasohol E85 (85% etanol và 15% xăng). Đa số các loại xe thiết kế ở
Mỹ hiện nay có thể chạy nhiên liệu tùy ý cả E85 lẫn
c
h
ạ
y hoàn toàn xăng (E0).
Dùng gasohol có tỷ lệ pha trộn từ 10 -30% etanol vào xăng thì không cần cải tiến
động cơ x
e

.
IV.2 . Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu SK
Theo nhận định của ông Donald Coxe, nhà chiến lược hàng đầu, của tập
đoàn tài chính
B
MO Canada, một cuộc khủng hoảng lương thực mới đang xuất
hiện và sẽ trở nên trầm trọng hơn bất kỳ
c
uộ
c
khủng hoảng lương thực nào
trước đây thế giới từng chứng kiến. Việc sử dụng đất để trồng cây nguy
ê
n liệu
sản xuất nhiên liệu sinh học có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực,
hoặc làm tăng g
iá
lương thực, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Khi
nông dân trồng cây nguyên liệu có lợi h
ơ
n
t
rồng cây lương thực sẽ làm giảm
sản lượng lương thực. Để giải quyết nguồn nguyên liệu SK sản xu
ất
năng lượng
sinh học, ngoài cây lương thực, các quốc gia có nguy cơ thiếu nhiều năng lượng
đang
tì
m k

iế
m các nguồn cây trồng khác có thể canh tác trên đất hoang hóa, trên
cạn, dưới nước, đồng thời
tíc
h cực tìm kiếm công nghệ mới thu hiệu suất cao, tiết
kiệm nguyên liệu, hạ giá
t
h
à
nh.
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Tính toán sản lượng lý thuyết etanol từ 1 tấn nguyên liệu khô như Bảng 6.
Bảng 2.1: Sản lượng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô [20]
Nguyên
liệ
u
Sản lượng dự tính (theo lý thuy
ế
t)
cho mỗi tấn nguyên liệu khô
G
all
ons
Lít
Hạt bắp ngô
124,4
470,854
Thân và lá bắp ngô
113,0

427,705
Rơm r
ạ
109,9
415,971
Phế phẩm của bông s
ợi
56,8
214, 988
Phế phẩm lâm ngh
iệ
p
81,5
308,477
Mạt
cưa
100,8
381,528
Bã m
ía
111,5
422,027
Giấy vụn
116,5
439,817
V. Tình hình sản xuất và khả năng sử dụng ethanol nhiên liệu ở nước ta
Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol còn rất nhỏ bé và lạc hậu. Chỉ có ngành
sản xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu từ tinh bột (sắn, ngô,
khoai…) và từ rỉ đường. Hoàn toàn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ các nguồn
nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…). Sản phẩm chủ yếu là ethanol

thực phẩm (nồng độ 40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến
96%), một lượng nhỏ được làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%)
Ở nước ta, muốn phát triển việc dùng ethanol làm nhiên liệu cần phải có
chương trình sản xuất ethanol tầm cỡ quốc gia. Việc đó đòi hỏi những bước đi thật cụ
thể theo một chiến lược đã hoạch định rõ ràng.
Nước ta có nhà máy sản xuất ethanol đầu tiên là nhà máy ethanol Đại Tân. Nhà
máy có công suất 100.000 tấn/năm (tương đương với 125 triệu lít /năm ) .Có tổng vốn
đầu tư khoảng 900 tỉ đồng ,được đặt tại xã Đại Tân ,huyện Đại Lộc ,Quảng Nam do
công ty Cp Đồng Xanh đầu tư.Mỗi năm nhà máy cần 300.000 tấn sắn (mì) khô để sản
xuất ra 100 ngàn tấn ethanol.

Tháng 9/2009 nhà máy Ethanol Đại Tân đã sản xuất thử mẻ sản phẩm đầu tiên
từ tháng 4-6/2010 sản xuất 50% công xuất và từ tháng 7/2010 nhà máy đã chạy từ 60-
70% công suất
Hiện nay ngoài nhà máy ethanol Đại tân chúng ta còn có 5 nhà máy khác trên
khắp cả nước đang được xây dựng và hoàn thiện .
9
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Bảng 3.1 .Tóm tắt các dự án đang được xây dưng hiện nay
Tên nhà máy Công suất Ngàyhoạt
động dự kiến
Chủ đầu tư Tiến độ
Nhà máy Đại
Lộc Quãng
Nam
100triệu
lit/năm
Tháng
3/2009
Công ty Đông

Xanh
Ngày2/4/11đã đưa
vào hoạt động
Nhà máy Cu
–Dứt Đắc
Nông
50triệu
lit/năm
Tháng
12/2008
Công ty Đại
Việt
Đang đã đi vào vận
hành
Nhà máy
Tam Nông
Phú Thọ
100 triệu
lít /năm
Tháng 6 /
2011
Công ty PVB
Thuộc PV OIL
Đã hoàn thành 80%
khối lượng tính đến
tháng 01/2012
Nhà máy
Dung Quất
100 triệu
lít /năm

Tháng
7/2011
Petrosetco
NMLDBình
Sơn
Đã sản xuất mẻ đầu
tiên 03/02/12
Nhà máy
Bình Phước
100 triệu
lít /năm
Tháng
7/2011
Lien Doanh
ITOCHU Nhật
Bản và PV OIL
Khởicông20/03/10.Đ
ang kiểm tra trước
khi chạy thử tính đến
02/2012
Ở nước ta xăng E5 được bán thí điểm lần đầu tiên vào năm 2008 tại hai trạm
bán lẻ xăng dàu ở Hà Nội thuộc hệ thống phân phối xăng dầu của PVOIL .PVB nhập
khẩu ethanol tuyệt đối 99,6 % thể tích từ Trung Quốc ,sau đó pha với xăng A95 và
A92 với tỷ lệ 5 % ethanol theo thể tích để thành xăng ethanol E5 .Xăng E5 ban đầu
được bán thử nghiệm cho 50 xe tắc xi gồm hai loại :loại 4 chỗ và 7 chổ ngồi ,thuộc
hiệp hội taxi thành phố Hà Nội .Thời gian bán thử nghiệm là 6 tháng .Sau đó Bộ Công
Thương đã yêu cầu dừng bán xăng E5 rộng rãi ra công chúng vì đến năm 2008 ,Việt
Nam chưa có quy chuẩn quy định về xăng pha ethanol .Trong khi đó xăng dầu là mặt
hàng phải tuân theo quy chuẩn của nhà nước nên khong thể bán ra thị trường .
Tháng 7/2010 xăng sinh học E5 được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam , với 20

điểm bán đầu tiên tại TPHCM,Hà Nội ,Vũng Tàu ,Hải Phòng ,Hải Dương và sẽ được
mở rộng kinh doanh tại 3 cửa hàng ở Đà Năng ,3 cửa hàng ở Huế và 5 cửa hàng Cần
Thơ .Đến năm 2012 Việt Nam sẽ cung ứng khoảng 240 triệu lit xăng E5 cho thị
trường trong nước
10
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
VI. Một số thông tin về giá cả ethanol nhiên liệu
Giá gasohol phụ thuộc nhiều vào giá ethanol nhiên liệu. Khi sản xuất ethanol ở
qui mô lớn, công nghệ tiên tiến từ mật đường, rơm rạ hay ngũ cốc giá rẻ thì giá thành
ethanol sẽ hạ. Trên thế giới, giá thành ethanol nhiên liệu trung bình khoảng 2.28 $/ga
(vào thời điểm năm 2012) [4].
Ở Brazil, giá ethanol khoảng 2.81 $/ga, ethanol tuyệt đối 99,8% khoảng 0,25
đến 0,28 USD/Lít.
Thailan, giá ethanpl khoảng 25-26 baht/liter (năm 2012).
Trung Quốc, gasohol pha trộn 85% thể tích ethanol khoảng $2.95/ga.Ở nước ta,
chưa có nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu mà chỉ có các nhà máy sản xuất cồn công
nghiệp. Ethanol tuyệt đối phải nhập khẩu từ nước ngoài với giá rất cao. Hiện nay, nhà
nước đang chủ trương xây dựng nhiều nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu để giảm
bớt gánh nặng từ việc nhập khẩu xăng dầu, ở nước ta gasohol pha trộn 5% thể tích
giá 22,800 VND/lít
VI. Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu (Bảng 4.1)
Tên chỉ tiêu Mức PPT
11
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
1.Ethanol,% thể tích. min
92,1 ASTM D 5501
2.Methanol, % thể tích , max
0,5
3.Hàm lượng nhựa đã rửa qua
dung môi, mg/100mL, max

5,0 ASTM D 1064
4.Hàm lượng nước ,% thể
tích ,max
1,0
5. Hàm lượng chất biến tính
(xăng, naphta),
% thể tích, min.
% thể tích, max.
1,96
5,0
6. Hàm lượng clorua vô cơ,
mg/L (ppm khối lượng), max.
32 (40)
7. Hàm lượng đồng, mg/kg,
max.
0,1 ASTM D 1613
8. Độ axit (như axit axêtic
CH
3
COOH), % khối lượng,
max.
0,007
9. pH
6,5 đến 9,0
10. Lưu huỳnh, mg/kg (ppm
khối lượng), max.
30
11. Sulfat, mg/kg (ppm khối
lượng), max.
4

12. Khối lượng riêng ở 15
o
C,
kg/m
3
Báo cáo
13. Ngoại quan
Không nhìn thấy tạp
chất lơ lửng hoặc kết tủa
(trong và sáng)
ASTM D 5501


CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO-
ETHANOL NHIÊN LIỆU CỦA MỘT SỐ NHÀ CUNG CẤP HÀNG ĐẦU TRÊN
12
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
THẾ GIỚI VÀ MỘT SỐ PHƯỜNG PHÁP SẢN XUẤT ETHANOL NHIÊN
LIỆU HIỆN NAY
A. Một số phương pháp sản xuất ethanol hiện nay
Như trên đã trình bày, để sản xuất ethanol ta có thể đi từ nhiều phương pháp khác
nhau. Tuy nhiên, xuất phát từ điều kiện Việt Nam là một nước nông nghiệp có sản
phẩm nông nghiệp rất phong phú nên đề tài này chỉ đề cập đến việc sản suất ethanol từ
nguồn nguyên liệu chính:
 Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột (sắn, ngô).
 Sản xuất ethanol từ nguyên liệu là rỉ đường.
 Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa…).
I. Sản xuất ethanol từ tinh bột (sắn , ngô, khoai….)
I.1. Tổng quan về nguyên liệu.
I.1.1. Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa tinh bột để sản

xuất ethanol.
Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được,
gồm tinh bột và một số đường. Trong đa số gluxit nói chung thì tỷ lệ giữa H và O đều
tương tự như trong nước C
n
(H
2
O)
m
. Tuy nhiên cũng có những gluxit tỷ lệ giữa H và O
không giống như trong nước chẳng hạn như ramnoza.
Gluxit trong tự nhiên chia làm ba nhóm chính là mono, oligo, polysaccarit.
Trong đó:
 Monosaccarit là những gluxit đơn giản không thể thủy phân được.
Trong tự nhiên phổ biến nhất là hai loại hexoza và pentoza. Hexoza là guluxit lên men
được, dưới tác dụng của nấm men đa số hexoza biến thành rượu và CO
2
. Pentoza
thuộc gluxit không lên men được, gồm arabinoza, riboza…không có khả năng chuyển
hóa thành rượu bằng nấm men.
 Oligosaccarit là những gluxit chứa từ 2 đến 10 gốc monosaccarit. Trong
thiên nhiên phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 mono và còn gọi là disaccarit hay
trisaccarit. Đại diện cho disaccarit là mantoza và saccaroza còn đại diện cho trisaccarit
là rafinoza. Mantoza và saccaroza dễ dàng chuyển hóa thành rượu và CO
2
dưới tác
dụng của nấm men, còn rafinoza chỉ lên men được 1/3.
 Polysaccarit là những gluxit chứa từ 10 gốc mono trở lên cấu tạo từ
nhiều gốc mono mạch thẳng hay mạch nhánh. Dưới tác dụng của acide, nhiệt độ hoặc
enzyme chúng sẽ bị thủy phân và tạo thành các phân tử thấp hơn là oligo hay cuối

cùng là monosaccarit. Những polysaccarit điển hình:
13
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
 Tinh bột: là gluxit dự trữ phổ biến nhất trong thực vật. Tinh bột là chất
keo háo nước điển hình, cấu tạo từ amyloza mạch thẳng và amylopectin. Ngoài ra
trong tinh bột còn chứa một lượng nhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo,
protit… Hàm lượng chung của chúng khoảng 0,2 đến 0,7%. Dưới tác dụng của của
acide hoặc amylaza tinh bột sẽ bị thủy phân. Khi đun với acide, tinh bột sẽ biến thành
glucose, còn dưới tác dụng của amylaza thóc mầm thì dịch thủy phân gồm 70 đến
80% mantoza và 30 đến 20% dextrin. Nếu dùng amylaza của một số nấm mốc hay
nấm men thì dịch thủy phân chứa tới 80 đến 90% là glucose [1].
 Cellulose (chất sơ) là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật.
Dưới tác dụng của acide vô cơ loãng ở nhiệt độ và áp suất cao, cellulose sẽ biến thành
glucose.
 Hemicellulose (chất bán sơ) cũng chứa nhiều trong thành tế bào thực
vật. Trong hemicellulose có chứa hexozan và pentozan, dễ bị thủy phân hơn so với
cellulose.
I.1.2. Nguyên liệu chứa tinh bột để sản xuất ethanol.
I.1.2.1. Sắn.
Là một loại cây lương thực phổ biến của các nước ở vùng nhiệt đới châu Á,
châu Phi, châu Mỹ. Sắn là cây dễ trồng, có thể thích hợp với đất đồi, gò. Sản lượng
sắn tương đối ổn định và cao. Củ sắn nhiều tinh bột, nên sản lượng tinh bột trên một
đơn vị diện tích canh tác khá hơn so với nhiều loại cây trồng khác.
Ở Việt Nam, sắn được trồng từ Bắc tới Nam, được trồng ở nhiều vùng trung du.
Hàng năm với 1,2 triệu tấn sắn lát xuất khẩu, chúng ta có thể sản xuất được ít nhất 400
triệu lít ethanol/năm và với tỷ lệ 10% ethanol pha vào xăng thì lượng ethanol nói trên
đủ để đáp ứng 50% nhu cầu ethanol sinh học hiện tại của thị trường xăng [2].
Thành phần hoá học của sắn [3].
Thành phần của sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20÷34%,
protein 0,8÷1,2%, chất béo 0,3÷0,4%, cellulose 1÷3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol

0,1÷0,3% và nước 60,0÷74,2%.
Thành phần sắn khô bao gồm: nước 13,12%, protit 0,2%, gluxit 74,7%,
cellulose 11,1%, tro 1,69%.
Ngoài các chất kể trên, trong sắn còn có một lượng vitamin và độc tố. Vitamin
trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03mg%, còn B6 chiếm
0,06mg%. Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến, nhất là khi nấu trong quy
trình sản xuất rượu. Hàm lượng HCN trong sắn tươi nhỏ hơn 50mg/kg thì chưa gây
độc hại cho con người, từ 50 ÷ 100mg sẽ gây ngộ độc và lớn hơn 100mg/kg, người ăn
14
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
sẽ bị tử vong. Do đó sắn trước khi luộc cần ngâm và bỏ vỏ cùi. Sắn tươi đã thái lát và
phơi khô sẽ giảm đáng kể lượng độc tố nói trên. Trong sản xuất rượu, khi nấu lâu ở
nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên hàm lượng độc tố trên là rất bé chưa ảnh hưởng
tới nấm men. Hơn nữa, các muối xyanat (CN
-
) khi chưng cất không bay hơi nên bị
loại cùng bã rượu.
Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô. Ngoài sắn người ta còn
dùng ngô để sản xuất ra cồn có chất lượng cao.
I.1.2.1. Ngô.
Ngô được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ở nước ta ngô là
một trong những nông sản chính, là loại cây lương thực quan trọng sau lúa.
Thành phần hoá học của ngô [3].
Thành phần hoá học của ngô hạt khác nhau tuỳ theo giống ngô, phương pháp
và kỹ thuật trồng trọt, khí hậu. Nước chiếm 14%, protit 10%, chất béo 4,6%, gluxit
67,9%, cellulose 2,2%, tro 1,3%. Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụng dính
hạt với cùi. Cuống rất giàu cellulose, lignin và hemicellulose, cuống chiếm tới 1,5%
trọng lượng hạt.
Ngoài ra còn phải kể đến vai trò quan trọng của tác nhân vi sinh.
Trong sản xuất rượu người ta sử dụng hầu hết đại diện của 3 nhóm vi sinh vật:

nấm men, nấm mốc và vi khuẩn.
 Nấm mốc: nấu rượu từ tinh bột thì bắt buột phải qua giai đoạn đường
hoá, đây là giai đoạn chuyển hoá tinh bột thành đường. Hiện nay, phổ biến là sử dụng
nấm mốc từ nguồn giàu amylaza.
 Vi khuẩn: Trong sản xuất rượu, một số nhà máy còn sử dụng vi khuẩn
lactic để tạo pH thích hợp cho quá trình lên men. Có nghĩa là sau khi đường hoá
xong, người ta cho vi khuẩn lactic phát triển, vi khuẩn này tạo độ axit nhất định. Độ
axit này thích hợp cho nấm men tiến hành lên men. Thường người ta sử dụng vi
khuẩn Themobacterium cereale và Delbuxki.
 Nấm men: là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men rượu. Thường sử
dụng nấm men thuộc họ Saccharomyces cerevisial, loài S.cerevisiae

I.2. Các công đoạn chính trong quá trình sản xuất ethanol từ tinh bột.
Hình 1.2: Sơ đồ khối các công đoạn chính trong sản xuất ethnol từ tinh bột
15
Nguyên liệu tinh bột
nh bột
Làm sạch
Nghiền
Nấu
Đường hóa
Lên men
Giấm chín
Chưng cất, tinh chế
Cồn công nghiệp
Tách nước
Cồn khan
Thu hồi CO
2
Men

giống
PTN
Men
giống

SX
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
• Thuyết minh dây chuyền :
Sản xuất ethanol từ tinh bột. Nó bao gồm các công đoạn chính sau:
 Chuẩn bị dịch đường lên men.
 Gây men giống.
 Lên men.
 Chưng cất và tinh chế.
II. Sản xuất Ethanol từ rỉ đường:
II.1. Tổng quan về nguyên liệu
II.1.1. Giới thiệu nguyên liệu.
Rỉ đường là nguyên liệu chứa các loại đường không tinh khiết thu được trong
quá trình sản xuất đường, tỷ lệ rỉ đường chiếm 3÷3,5% trọng lượng nước mía.
16
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Rỉ đường còn dùng làm thức ăn gia súc, dùng trong các ngành công nghiệp
khác. Nhưng để giải quyết lượng rỉ đường của nhà máy đường thì chủ yếu dùng để sản
xuất ethanol.
Thành phần của rỉ đường gồm có [1].
- Nước chiếm 18 - 20% (tùy theo phương pháp sản xuất, tuỳ theo điều kiện
bảo quản rỉ đường và vận chuyển).
- Chất khô chiếm 80÷82%. Trong đó 60% là đường gồm: 40% là đường
saccarose, 20% là đường glucose + fructose và 40% là thành phần không phải đường
gồm: 8÷10% là hợp chất vô cơ và 30÷32% là hợp chất hữu cơ .
Trong rỉ đường lượng P

2
O
5
chiếm 0,02 - 0,05%, P
2
O
5
rất cần cho sự phát triển
của nấm men.
Ngoài ra trong rỉ đường còn có các loại vi sinh vật gây ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng của rỉ đường.
Tóm lại rỉ đường là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất rượu, nó phù
hợp với 4 điều kiện để sản xuất rượu:
 Giá rẻ.
 Sản lượng nhiều.
 Sử dụng tiện lợi.
 Nguồn cung cấp phổ biến.
Vậy việc sử dụng rỉ đường để sản xuất rượu là tối ưu, một mặt sử dụng triệt để
phế liệu, mặt khác hạn chế việc sử dụng các loại lương thực chứa tinh bột như: sắn,
ngô, khoai để sản xuất rượu.
II.1.2. Bảo quản nguyên liệu.
Đối với nhà máy sản xuất rượu, rỉ đường được bảo quản trong các thùng sắt
hình trụ hoặc trong các bồn bằng bêtông cốt thép, thể tích các thùng chứa phải bảo
đảm cho nhà máy sản xuất trên 3 tháng.
Trong các thùng chứa rỉ đường có các thiết bị kiểm tra, phao báo mức, nhiệt kế
Dưới đáy thùng có lắp đặt hệ thống dẫn ra bơm để vận chuyển rỉ đường đến nơi sản
xuất. Về mùa đông khi rỉ đường bị sánh lại không thể bơm được nên phải thiết kế hệ
thống hơi gia nhiệt gần đường ống bơm. Mặt khác quá trình bảo quản rỉ đường không
đồng nhất và chất lượng trong suốt vụ mùa không đồng đều nên cần phải có hệ thống
bơm trộn rỉ đường trong thùng trước khi đưa ra sản xuất.

Theo A.M.Mankốp tổn thất rỉ đường hàng tháng khoảng 0,2% khối lượng và
sự tổn thất này chủ yếu là do sự bốc hơi nước. Theo nghiên cứu của O.A.BaKuSin
17
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
trong quá trình bảo quản rỉ đường có hiện tượng kết tinh những mầm tinh thể nhỏ, nếu
số lượng này không vượt quá 15000 tinh thể /1g thì hàng tháng tổn thất từ
0,02÷0,04% khối lượng rỉ đường. Khi trong 1g rỉ đường có tới 100000 tinh thể thì coi
như việc bảo quản rỉ đường không tốt [1].
Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường đạt 75-80% thì lượng nấm men dại, vi
khuẩn tạo thành acide rất ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường trong suốt trời gian bảo
quản, sự thay đổi không đáng kể. Khi số lượng vi khuẩn có 50.000 tế bào/1g rỉ đường
thì sự tổn thất đường Sacaroza lên tới 1,3% so với khối lượng rỉ đường. Nếu trong rỉ
đường có sẵn nấm men thì lượng đường tổn thất càng nhiều, sự tổn thất đường tăng
lên khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường là 40%. Để tránh hiện tượng vi sinh vật
phát triển, trong quá trình bảo quản phải giữ pH > 6,8 và dùng các chất sát trùng như
Na
2
SiO
6
, fluosilicat natri. Các thùng bảo quản phải đậy kín, hạn chế việc dùng nước
để rửa thùng vì như vậy sẽ làm loãng rỉ đường.
Qua đó ta thấy việc bảo quản rỉ đường có nhiều ảnh hưởng đến quá trình sản
xuất sau này
II.2.Các công đoạn chính của việc sản xuất ethanol từ rỉ đường
Hình 2.2 :Quá trình sản xuất ethanol tử rỉ đường trải qua các công đoạn sau:
18
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

19
Mật rỉ

Pha loãng sơ bộ
Acide hóa
Dịch đường cơ
bản
Dịch lên men
Lên men
Giấm chín
Gia nhiệt
Tháp tách thô
Cồn thô
Tháp trung gian
Cồn đã tách cồn
đầu
Tháp tách tinh
Làm nguội
Cồn thành phẩm95,57%
959695,57%
Khí CO
2
Tách bọt
Hèm
Cồn đầu (3÷5%)
Men giống SX
Men giống PTN
Hơi đốt
Hơi đốt
Hơi đốt Nước thải
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
* Thuyết minh dây chuyền
Sản xuất ethanol từ mật rỉ hay từ các phế liệu chứa rỉ đường về cơ bản cũng

giống như sản xuất ethanol từ tinh bột. Nó bao gồm các công đoạn sau:
 Chuẩn bị dịch đường lên men.
 Gây men giống.
 Lên men.
 Chưng cất và tinh chế.
Nếu như chuẩn bị dịch lên men từ nguyên liệu tinh bột gồm nghiền, nấu, đường
hóa dịch cháo thì việc chuẩn bị dịch lên men từ rỉ đường mang tính đặc thù của
nguyên liệu. Nó bao gồm: pha loãng sơ bộ, xử lí dịch pha loãng và bổ xung nguồn
dinh dưỡng rồi sau đó mới pha tới nồng độ gây men và lên men
III. Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa cellulose (rơm rạ, mùn cưa…).
III.1. Tổng quan về nguyên liệu và phương pháp sản xuất.
Việc sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa cellulose không còn là
vấn đề mới mẻ của nhiều nước trên thế giới nhưng đối với Việt Nam thì đây là một
vấn đề rất mới. Hiện nay, nước ta chưa có một nhà máy nào sản xuất ethanol từ các
nguồn nguyên liệu chứa cellolose như: rơm rạ, cây cỏ, mùn cưa, bã mía… Ethanol
được sản xuất ở Việt Nam chỉ từ các nguồn nguyên liệu chứa tinh bột (gạo, ngô, sắn)
và từ rỉ đường. Việc nguyên cứu xây dựng nhà máy sản xuất ethanol từ nguồn nguyên
liệu chứa cellulose là một việc làm rất cần thiết nhằm tận dụng được các phế phẩm từ
ngành nông nghiệp, tăng thu nhập cho nông dân.
Nước ta là một nước nông nghiệp nhiệt đới sở hữu hai đồng bằng lớn là đồng
bằng Sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Đây là vùng nguyên liệu lí tưởng cho
nhà máy.
III.1.1. Tổng quan về nguyên liệu.
Về nguyên tắc ta có thể sản xuất ethanol từ bất cứ nguồn nguyên liệu nào có
chứa cellulose. Tuy nhiên để đảm bảo tính kinh tế và phù hợp với điều kiện thực tế ở
Việt Nam, ta có thể sử dụng những nguồn nguyên liệu như: rơm rạ, thân bắp, cỏ dại.
Đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, tập trung phù hợp với việc xây dựng nhà máy sản
xuất ethanol công suất lớn.
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Nguyên liệu khác nhau có thành phần cấu tạo chất không giống nhau nhưng về
cơ bản chúng được cấu tạo từ 3 hợp chất (cellulose, hemicellulose, lignin) và chỉ khác
nhau về tỉ lệ giữa chúng mà thôi.
 Cellulose.
 Công thức phân tử: (C
6
H
10
O
5
)
n
.
 Có hàm lượng dao động trong một khoảng rất lớn (chiếm 40÷60% khối
lượng thực vật) và tùy thuộc vào từng loại thực vật. Ở gỗ lá rộng, hàm lượng cellulose
chiếm 40÷53%, ở rơm lúa gạo là 34÷38%, rơm lúa mì là 36÷42%. [4]
 Là thành phần cấu tạo chủ yếu của màng tế bào thực vật và là hợp chất
chính của nguyên liệu chứa cellulose để sản xuất ethanol. Nguyên liệu càng giàu
cellulose thì sản xuất ethanol càng đạt hiệu quả cao.
 Là hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích là anhydro-β-D-
Glucopyranose (gọi ngắn gọn là D-Glucose). Điều này được xác nhận nhờ sự thủy
phân cellulose ta thu được D-Glucose với hàm lượng 96÷98% so với lý thuyết.
 Khả năng tham gia phản ứng:
Cellulose có thể tham gia nhiều phản ứng như phản ứng phân hủy mạch (thủy
phân, nhiệt phân, oxy hóa) phản ứng tạo nhánh trên phân tử cellulose. Ở đây, ta chỉ
xem xét khả năng tham gia phản ứng thủy phân của cellulose tạo glucose. Cellulose có
thể bị thủy phân với tốc độ chậm trong môi trường nước ở nhiệt độ cao. Dưới tác dụng
của xúc tác acide, quá trình thủy phân xảy ra với tốc độ lớn hơn.
 Phản ứng thủy phân được biểu diễn theo phương trình tổng quát:
(C

6
H
10
O
5
)
n
+ nH
2
O nC
6
H
12
O
6
Nhược điểm khi dùng acide làm tác nhân thủy phân:
- Tốn kém do tốn nhiều acide.
- Gây ăn mòn thiết bị.
- Dễ tạo cặn.
Hiện nay người ta dùng enzyme cellullase để thủy phân cellulose vừa cho hiệu
suất cao, vừa không gây ăn mòn thiết bị.
(C
6
H
10
O
5
)
n
+ nH

2
O n(C
6
H
12
O
6
)
 Hemicellulose.
21
H
+
Cellulase
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
 Hemicellulose thuộc nhóm polysaccarit phi cellulose. Trong gỗ cũng
như trong nhiều loại thực vật khác, hàm lượng hemicellulose có thể đạt tới 20÷30% so
với gỗ khô tuyệt đối.
 Hemicellulose dễ bị thủy phân hơn so với cellulose. Khi thủy phân đến
cùng, hemicellulose tạo ra các monosaccarit chủ yếu là hexose (D-glucose, D-
 mannose, D-galactose), pentose (L-arabinose ). Trong đó hexose có khả
năng lên men tạo ethanol còn pentose không có khả năng này.
 Lignin.
 Là hợp chất thơm cao phân tử.
 Hàm lượng dao động tùy từng loại thực vật cụ thể. Ở rơm rạ: hàm lượng
lignin chiếm 17÷19% khối lượng rơm lúa mì và 12% ở rơm lúa gạo [4].
 Trong quá trình sản xuất ethanol từ cellulose thì nó hoàn toàn không bị
thủy phân để tạo các hợp chất có khả năng lên men tạo ethanol. Vì vậy lignin là thành
phần không mong muốn trong quá trình sản xuất ethanol từ cellulose.
III.2. Tổng quan về phương pháp sản xuất.
Về nguyên tắc, quá trình sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa

cellulose cũng giống như từ tinh bột hay rỉ đường. Nó bao gồm ba bước cơ bản:
 Xử lí nguyên liệu.
 Đường hoá và lên men.
 Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước, bốc hơi, tách lỏng rắn).
Ngoài ra còn có thêm hai bước phụ là:
 Xử lí nước thải.
 Sản xuất hơi nước, sản xuất điện.
22
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
III.2.1. Sơ đồ tổng quan quá trình sản xuất ethanol từ cellulose:
Hình 3.2: Sơ đồ tổng quan quá trình sản xuất ethanol từ cellulose
III.2.2.Thuyết minh sơ đồ:
Nguyên liệu từ kho chứa được đưa đến vùng phân phối nguyên liệu để phân
phối nguyên liệu cho nhà máy. Sau đó, nguyên liệu được băm nghiền nhằm phá vỡ
cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện thuận lợi để quá trình thủy phân diễn ra
tốt hơn, tăng hiệu suất quá trình. Sau đó nguyên liệu được đưa đến vùng tiền xử lí.
Đầu tiên nó được xử lí bằng dung dịch H
2
SO
4
loãng ở nhiệt độ cao trong thời gian
ngắn, giải phóng đường hemicellulose và các hỗn hợp khác, tạo điều kiện tốt cho quá
23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
trình đường hoá và lên men. Lượng acide dư được trung hoà bằng dung dịch Ca(OH)
2
loại bỏ kết tủa CaSO
4
. Nguyên liệu tiếp tục được đưa đến giai đoạn đường hoá bằng
enzyme để biến cellulose thành glucose rồi lên men glucose và các đường khác thành

ethanol. Men giống là chủng men Zymomonas mobils được nuôi trong những bể lớn
yếm khí liên tiếp nhau đến khi đạt đủ số lượng vi sinh vật cho quá trình lên men. Quá
trình này được duy trì ở một điều kiện thích hợp (nhiệt độ, áp suất, pH, dinh dưỡng)
để đảm bảo nấm men hoạt động tốt nhất. Sau vài ngày, hầu hết cellulose và xylose
chuyển thành ethanol.
Hỗn hợp sau khi lên men gọi là giấm chín được đưa đến giai đoạn tinh chế sản
phẩm bao gồm chưng cất, tách nước, bốc hơi, phân tách lỏng rắn. Sản phẩm là ethanol
99,5% được đưa đến bể chứa. Nước thải từ giai đoạn này sau khi xử lí cho hồi lưu lại
quá trình. Phần rắn từ đáy tháp chưng cất được phân tách cùng với CH
4
sinh ra từ quá
trình xử lí nước thải làm nguyên liệu cho lò hơi để sản xuất hơi nước hay sản xuất
điện năng.
B. Công nghệ của các nhà cung cấp:
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio-Ethanol
nhiên liệu.Trông phậm vi công nghệ nhà máy có thể lựa chọn một số nhà cung cấp
công nghệ sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu hàng đầu trên thế giới sau :
• Technip - Coflexip ,Paris , Pháp
• Deltat – T Corporation , Virgenia , Mỹ
• Katzen Interational INC , Cincinnati ,Ohio , Mỹ
• Tomsa Destil .S.L, Madrid ,Tây Ban Nha
• Praj Inductries Limited ,Punne ,Ấn Độ
24
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
I.Công nghệ Technip -Coflexip
I.1. Phương án công nghệ:
I.1.1. Công đoạn nghiền nguyên liệu(đối với nguyên liệu sắn )
Sắn lát khô được làm sạch trước khi nghiền nhằm mục đích loại bỏ tạp chất
như đá, các mẩu kim loại, cát, v.v. bằng hệ thống sàng rung 2 cấp và các thiết bị tách
đá, thiết bị phân tách kim loại bằng từ tính .Hệ thống thiết bị nghiền sử dụng trong quá

trình nghiền là máy nghiền búa. Sản phẩm sau nghiền được đưa tới phễu chứa trung
gian và qua sàng ly tâm để phân loại…v.v. Bụi thoát ra từ máy nghiền sẽ đmợc thu
hồi bằng hệ thống quạt hút và thiết bị l
I.1.2. Công đoạn hồ hóa và đường hóa
Sắn lát đã nghiền thành bột được nấu trong hệ thống thùng hồ hóa. Nước sử
dụng trong quá trình nấu là nước nóng công nghệ và một phần nước rửa từ quá trình
chưng cất. Trong quá trình nấu, tinh bột được nấu chín nhanh chóng dưới tác dụng của
enzyme; độ pH đmợc điều chỉnh trong khoảng 5,5 nhờ bổ sung dung dịch ammonia.
Hồ loãng 30% được bơm vào nồi nấu nhanh để nấu ở nhiệt độ 110°C bằng
cách phun hơi nước trực tiếp sau đó được đưa tới thùng nấu chính. Nhiệt độ trong nồi
nấu đmợc duy trì ở110°C trong thời gian 5 đến 10 phút rồi đmợc làm mát xuống 85°C
tại thiết bị làm mát trước khi chuyển vào thùng nấu chính và sẽ được giữ ở đây trong
vòng 90 phút. Enzyme được bổ sung để nấu chín hoàn toàn tinh bột. Sau khi toàn bộ
hồ đã đmợc nấu chín từ thùng nấu chính sẽ được đưa đến công đoạn đường hóa.
Hồ lỏng được hòa loãng với nước ngưng, sau đó được làm lạnh xuống 65°C
thông qua thiết bị trao đổi nhiệt và được trộn với amyloglucosidase trước khi dẫn tới
thùng đường hóa sơ bộ (thời gian lưu: khoảng 2 giờ). Độ pH tối ưu cho enzyme
amyloglucosidase hoạt động là 4,5 được điều chỉnh bằng cách bổ sung axit sunfuric.
Hồ đã đường hóa sơ bộ được chuyển bằng bơm tới thùng lên men sau khi được
làm lạnh xuống 32°C và bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết cho men (axit
phosphoric và dung dịch amonia). Nước công nghệ và nước rửa từ quá trình chưng
Cất được sử dụng để hòa loãng và điều chỉnh dịch hồ trước khi đưa vào quá trình lên
men rượu để tạo ra dung dịch lên men chứa 10% (thể tích) Bio-Ethanol
I.1.3. Công đoạn lên men
Bộ phận lên men gồm các thùng lên men được vận hành linh hoạt theo chế độ
gián đoạn (theo mẻ) ở giai đoạn đầu và liên tục khi quá trình lên men đã ổn định. Ưu
điểm của việc lên men gián đoạn là thùng lên men được tháo và làm sạch định kỳ
(khử trùng) bằng hệ thống CIP, trước khi tiếp tục hoạt động. Bằng cách này, nguy cơ
nhiễm vi khuẩn được hạn chế tối đa ở các thùng lên men đầu tiên. Các thùng lên men
25